Simulação computacional do ensaio de módulo complexo em misturas asfálticas

Abstract

Considerando-se as heterogeneidades inerentes e utilizando-se o Método dos Elementos Finitos juntamente com a Teoria da Viscoelasticidade Linear é simulado computacionalmente, para materiais asfálticos, o ensaio de módulo complexo (que se traduz em um valor absoluto chamado de módulo dinâmico e em um ângulo de fase). O ensaio consiste na aplicação de solicitação (tensão ou deformação) senoidal e na leitura da resposta mecânica (deformação ou tensão). Os materiais estudados são uma Matriz de Agregados Finos (MAF) e uma Mistura Asfáltica Completa (MAC) composta por agregados graúdos, ar e MAF. Tomam-se como dados de entrada os parâmetros de dosagem e as propriedades dos materiais constituintes da mistura. Os resultados das simulações são comparados aos obtidos em ensaios realizados em laboratório. Avalia-se a influência do módulo de elasticidade dos agregados e do volume de vazios sobre o módulo dinâmico da MAC analisada. Os resultados mostraram que para baixas frequências da solicitação, a variação na rigidez do agregado interfere pouco na variação do módulo dinâmico da mistura, tornando-se mais significativa para as frequências mais altas. Ademais, foi possível obter o módulo dinâmico da MAC a partir da simulação, estimando-se o módulo de elasticidade dos agregados. O módulo dinâmico da mistura diminui com o aumento do volume de vazios e apresenta um comportamento aproximadamente linear, principalmente nas frequências mais baixas.Considering heterogeneities and using the Finite Element Method, along with the Theory of Linear Viscoelasticity, the complex modulus test (absolute value called dynamic modulus and a phase angle) in asphalt mixtures is computationally simulated. The test consists in application of sinusoidal solicitation (stress or strain) and the respective reading of the mechanical response (strain or stress). Studied materials are a Fine Aggregate Matrix (FAM) and a Hot Mix Asphalt (HMA) composed of coarse aggregates, air and FAM. Mixture design parameters and mechanical properties of the constituents are the input parameters. Simulation results are compared with those obtained from laboratory tests. The influence of the aggregate modulus and voids ratio on the stiffness of the mixture is investigated. The results showed that at low frequencies, the variation in the stiffness of the aggregate has little effect in the variation of the dynamic modulus of the mixture, becoming more significant at higher frequencies. In addition, it was possible to obtain the dynamic module of the HMA from the simulation, estimating the modulus of elasticity of the aggregates. The dynamic modulus of the mixture decreases with the increase in its voids and presents an approximately linear behavior, especially at lower frequencies.